Efecto de la radiación UV en plantas del género Mammillaria

Efecto de la radiación UV en plantas del género Mammillaria
RESUMEN:
La exposición al sol tiene algunos efectos benéficos en el ser humano, sin embargo, se debe
ser consiente de que al exponerse en exceso al sol, éste puede provocarnos perjuicios como
es el caso del cáncer de piel; así mismo, en las plantas, la radiación UV disminuye la tasa
metabólica en la fotosíntesis, provocando deterioro en su crecimiento.
Los rayos ultravioleta (UV), son la parte dañina de la radiación solar, tienen la capacidad de
reflejarse en el agua, cemento, arena y nieve.
Las cactáceas del género Mammillaria, son plantas que pueden resistir condiciones de
sequía, asimismo crecen en zonas áridas, semiáridas, zonas frías, templadas y en zonas
cálido húmedas.
A lo largo de este proyecto se expusieron plantas cactáceas del género Mammillaria, a
diferentes lapsos de tiempo de radiación UV, se observaron los cambios que se produjeron
en cada una de las dimensiones de las plantas, es decir, el largo, ancho y base de las
mismas.
Finalmente se analizaron los efectos dañinos que causa la exposición de estas plantas a la
luz ultravioleta a corta distancia, sobre su crecimiento y deterioro evidente en los
parámetros de largo y ancho de las plantas medidas.
1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:
La radiación ultravioleta (UV) tiene unas longitudes de onda que van desde los 400 nm,
hasta los 15 nm, las cuales son emitidas por el sol en formas UV-A la más débil, UV-B la
radiación normal, UV-C la de más alta radiación; pero por causa de la absorción por parte
de la atmósfera terrestre, el 99% de los rayos ultravioleta que llegan a la superficie de la
tierra son de tipo UV-A. Estos rangos están relacionados con el daño que producen en el ser
humano. La radiación UV-C no llega a la tierra porque es absorbida por el oxígeno y el
ozono de la atmósfera, por lo tanto no produce daño. La radiación UV-B es parcialmente
absorbida por el ozono y llega a la superficie de la tierra, produciendo daño en la piel.
La radiación UV-A, además de dañar al ser humano, tiene ventajas, puesto que se utiliza en
la generación de espacios estériles que pueden requerirse en laboratorios, hospitales, etc;
dependiendo de la longitud de onda que se utilice, es el intervalo de esterilidad que se
alcanza. Los rayos ultravioleta (UV) son la parte "dañina" de la radiación solar. La potencia
de estos rayos es mayor en días despejados y soleados, pero también pueden atravesar las
nubes y la bruma. El riesgo que entraña una sobre exposición al sol es cada vez mayor, los
rayos UV tienen la capacidad de reflejarse en el agua, el cemento, la arena y la nieve de
manera que pueden llegar a ocasionar daños en la piel incluso en invierno.
La exposición al sol tiene algunos efectos benéficos, aunque hay que ser conscientes de que
tomarlo en exceso puede provocar un envejecimiento prematuro de la piel y cambios en su
textura. Se asocia también la exposición excesiva al sol con distintos tipos de cáncer,
incluido uno de los más mortales: el melanoma, así mismo en plantas se ha encontrado que
disminuye la tasa metabólica en la fotosíntesis y podemos suponer que en las cactáceas
tienen un efecto análogo.
Lo que diferencia a grandes rasgos a las cactáceas de otras plantas emparentadas con ellas
son las llamadas "areolas", que son unas estructuras redondas u ovales, que pueden
presentar lana y /o pelos y es de donde emergen las espinas, flores u hojas.
2

La característica que comparten las cactáceas con otras plantas como las crasulaceas, es que
acumulan agua de reserva en sus tejidos, es decir, son suculentas.
Teniendo en cuenta estos datos elaboramos el proyecto con el fin de observar los daños que
ocasionan los rayos UV a las cactáceas; así mismo consideramos la característica que tiene
estas plantas para acumular agua y soportar condiciones extremas de calor y el hecho de
que la exposición de estas plantas a los rayos UV, es dañina.
Los resultados de este trabajo, podrían orientarnos a comparar los daños que la radiación
UV causa a los seres humanos quienes no somos capaces de soportar grandes cantidades de
calor o rayos UV. De esta manera se obtendrían deducciones acerca de la forma en que
afectaría la radiación UV en caso de que la capa de ozono continué deteriorándose y se vea
disminuida la protección que proporciona a todos los seres vivos, en contra de la radiación
UV. 1
OBJETIVOS:
• Comprobar el daño que causa la radiación UV en las plantas cactáceas del género
Mammillaria.
• Observar reacciones y cambios originados en las cactáceas al exponerlas a
diferentes lapsos de tiempo a la radiación UV.
• Observar las diferencias existentes entre las cactáceas no expuestas a la luz UV y
las expuestas a la radiación UV.
1 Primer on Environmental Citizenship, Canada. El ABC de los rayos UV
http://www.tierramerica.org/capadeozono/losabia.shtml
3

MARCO TEÓRICO:
Las cactáceas son una familia vegetal originaria del continente americano, que cuenta con
110 géneros y 1500 especies aproximadamente. De esta cantidad, cerca de 52 géneros y
850 especies se encuentran en nuestro país, lo que coloca a México como el país con mayor
variedad y riqueza de cactáceas a nivel mundial. Mas aún, en México se presenta un
elevado grado de endemismo, con 18 géneros (35%) y 715 especies (85%) exclusivas de
nuestro país.
Las cactáceas son fanerógamas y dicotiledóneas es decir producen flores, frutos y semillas,
presentan flores bisexuadas (en algunos casos uní sexuadas), y la mayoría de ellas requieren
de fecundación cruzada para producir semillas aunque algunas especies son auto fértiles.
Tal vez la característica más familiar para nosotros sea la de resistir condiciones de sequía,
pero esta característica no es general para todas ellas.
Las cactáceas crecen a lo largo de todo el continente americano a excepción de aquellas
regiones donde hay hielo todo el año. Estas plantas contrario a lo que mucha gente piensa,
no son plantas exclusivas de los desiertos, aunque se calcula que alrededor del 70 % de
ellas crece en zonas áridas y semiáridas. Se presentan también en las regiones frías,
templadas y cálidas húmedas, como bosques y selvas de todo el país. En otras regiones del
planeta como Australia o África también pueden encontrarse cactáceas, pero se cree que
estas plantas no son originarias de esos lugares, sino que fueron llevadas por el hombre o
por corrientes marinas, en donde prosperaron con el tiempo. 2
Muchas cactáceas presentan un metabolismo fotosintético modificado llamado CAM
(crassulacean acid metabolism). Este fenómeno se observó por primera vez en especies de
la familia Crassulacaceae, aunque hoy se sabe que muchas otras familias lo presentan,
incluidas obviamente las cactáceas. A diferencia de otras plantas, los cactos realizan el
intercambio gaseoso de CO 2 y oxigeno por la noche, a fin de reducir la pérdida de agua por
transpiración. Como la fotosíntesis requiere de la luz del sol para poderse llevar a cabo, las
plantas CAM almacenan el CO 2 necesario para la fotosíntesis en forma de ácido málico, y
2 .- Las cactáceas. http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/act_ permanentes/conciencia/biología/acertijos _
biológicos/ acertijos01-02/res8.htm
4

en el día en presencia de luz solar, este ácido se descarboxila para producir otra vez CO 2 .
La variación del pH en el interior de la planta a lo largo del día fue uno de los primeros
indicios que llevaron al descubrimiento de este fenómeno; en pocas palabras, la fotosíntesis
(con la consiguiente formación de alimentos para la planta) y el intercambio gaseoso, se
llevan a cabo en momentos diferentes, todo orientado a evitar la pérdida de humedad al
hacer el intercambio gaseoso de día. Este mecanismo le ha permitido a las cactáceas
sobrevivir en condiciones de extrema sequía, aunque también ha obligado a estas plantas a
poseer una gran cantidad de tejido de almacenamiento, tanto para guardar agua como CO 2 .
A su vez, este tejido de almacenamiento no fotosintético, requiere ser mantenido por el
tejido del clorenquima (tejido fotosintético), convirtiéndose en una especie de tejido
"parásito", que es una de las causas del lento crecimiento de la planta. Si bien las cactáceas
de zonas áridas pueden tolerar temperaturas elevadas, son menos resistentes a las
temperaturas bajas, por el riesgo de que sus tejidos se dañen al cristalizar dentro de ellas el
agua de reserva. Es necesario señalar que generalmente los cactos son plantas de
crecimiento muy lento, limitadas por las condiciones de su entorno, de su metabolismo y de
la competencia y depredación de otros seres vivos.
Muchas cactáceas entran anualmente en un periodo de reposo en el que no crecen y su
metabolismo se reduce al mínimo. Por lo general, este periodo coincide con la temporada
invernal, aunque algunas especies lo presentan en verano. 3
HIPOTESIS:
Esperamos que la radiación ultravioleta aplicada durante diferentes tiempos de exposición a
una larga longitud de onda y corta distancia de irradiación tenga algún efecto dañino en las
plantas cactáceas del genero Mammillaria teniendo en cuenta que la radiación causa daños
al ser humano como, cáncer de piel, cambios en el color de la piel, y una detención en el
crecimiento de las plantas.
3 Wikipedia. Radiación ultravioleta http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_ultravioleta. 25 mar 2007
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DESARROLLO:
DISEÑO EXPERIMENTAL.
Para la realización del presente trabajo se utilizaron los siguientes materiales:
• 3 lámparas de luz ultravioleta: Equipar, de 4 Watts modelo UVSL-5
• 4 termómetros:graduación de (-20ºC a 110ºC)
• 3 cajas de cartón, cada una con las siguientes medidas: 24cm de alto, 30cm de
ancho y 45cm de largo; estas cajas se forraron por dentro con papel lustre negro
• 4 tapas de caja forradas de papel lustre negro y hule cristal, que sirvieron de base
para las plantas.
• 12 plantas cactáceas del género Mammillaria
• 1 calibrador Vernier
• 1 tomador de tiempo Lux
• 12 palitos de madera que sirvieron de apoyo a las plantas.
Las plantas del género Mammillaria utilizadas para la realización de este trabajo tienen
como procedencia el mercado de Xochimilco. Para el montaje del diseño experimental
forramos las cajas de cartón con papel lustre negro, las plantas se etiquetaron y enumeraron
agrupándolas de acuerdo con el número de tratamiento (tiempo de exposición a la luz ultra
violeta) que iban a recibir. Los tratamientos quedaron de la siguiente manera:
Tabla 1. Descripción de los tratamientos aplicados a las plantas.
Tratamiento 1
TESTIGO
2
30min de UV
3
60min de UV
4
90min de UV
Planta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Las cajas se perforaron en la parte superior, de tal forma que las lámparas coincidieran con
la abertura, para después poder colocarlas en esa zona, así mismo se hizo una perforación
pequeña en las cajas para poder introducir los termómetros y así registrar la temperatura
alcanzada después del tiempo de exposición de las plantas a la luz UV (ver Fotografía 1).
Fotografía 1.
Se tomaron las primeras medidas de las cactáceas con la ayuda de un calibrador Vernier y
así se obtuvieron las dimensiones del ancho, largo y alto para cada una de las plantas.
Posteriormente se prosiguió a dar los diferentes tratamientos (ver tabla 1) a las cactáceas,
colocando las lámparas de luz UV sobre cada una de las cajas (como se observa en la
fotografía 2).
Fotografía 2
Así mismo se registro la temperatura al principio y al final de cada tratamiento. Cabe
mencionar que los tratamientos a las plantas se aplicaron diariamente y que las mediciones
se realizaron cada quince días para poder hacer una comparación del crecimiento de las
plantas que recibieron tratamiento de luz UV con respecto a nuestro testigo.
Los resultados obtenidos se registraron en tablas y se procedió a su tratamiento estadístico
mediante la prueba de T de student a través del programa estadístico Graph Pad Prism
versión 4; así mismo se obtuvieron las gráficas que muestran las diferencias en el
crecimiento sin y con la aplicación de los tratamientos.
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RESULTADOS:
A continuación se muestran los resultados obtenidos:
Las diferencias de las medidas en el largo, ancho y base de las plantas, que se presentaron
con cada tratamiento y en los diferentes tiempos en que se tomaron los datos.
Tabla2. Diferencia de las medidas obtenidas.
MEDIDAS (DIFERENCIAS)
Tiempo. LARGO
T1 (C) T2 (30') T3 (60') T4 (90')
1 1.36 1.05 0.59 0.43
2 0.94 0.332 0.22 1.083
3 1.15 0.691 0.405 0.756
ANCHO
T1 (C) T2 (30') T3 (60') T4 (90')
1 0.56 0.217 0.11 0.077
2 0.437 0.14 0.007 0.074
3 0.4985 0.1785 0.0585 0.0755
BASE
T1 (C) T2 (30') T3 (60') T4 (90')
1 0.14 0.35 0.18 0.23
2 0.073 0.38 0.15 0.242
3 0.007 0.41 0.12 0.247
En donde T1 es el tratamiento 1, T2 es el tratamiento 2, T3 es el tratamiento 3 y T4 es el
tratamiento 4.
Los datos que se muestran en la tabla 2 fueron tratados estadísticamente con el programa
Graph Pad Prism versión 4 aplicando la prueba T de student que permite comparar la media
aritmética de muestras pequeñas, como es el caso de los datos obtenidos en este trabajo.
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ANCHO: (A partir
de 2 Centímetros de
la base hacia arriba)
Fotografía 3.
En la figura 1 se observan las diferencias del crecimiento en el ancho de la planta (ver
Fotografía 3) podemos apreciar que las plantas de tratamiento 1 correspondiente al testigo
o control crecieron más que cualquiera de las plantas que recibió tratamiento con luz UV.
Los asteriscos indican que las diferencias en el crecimiento de las plantas que recibieron
tratamiento, con respecto al control son significativas.
0.6
Diferencia del crecimiento
en el ancho de la planta
% del
control
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
***
*** **
0.0
T1 (C) T2 (30') T3 (60') T4 (90')
Tiempo de exposición en minutos a la Luz UV
Figura 1. Porcentaje de diferencia con respecto al control, en el crecimiento del ancho de
las plantas expuestas a diferentes tiempos de radiación UV. ** indica p = 0.01; *** indica
p = 0.001.
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Base de la
planta
Longitud de la planta
Fotografía 4
La figura 2 muestra las diferencias encontradas en el crecimiento de la base de las plantas
(ver fotografía 4), como se puede observar las diferencias son significativas, sin embargo
las plantas tratadas con luz ultravioleta presentan mayor crecimiento que el testigo o
control.
0.4
Diferencia del crecimiento
en la base de la planta
*
% del
control
0.3
0.2
*
*
0.1
0.0
T1 (C) T2 (30') T3 (60') T4 (90')
Tiempo de exposición en minutos a la Luz UV
Figura 2. Porcentaje de diferencia con respecto al control, en el crecimiento de la base
de las plantas expuestas a diferentes tiempos de radiación UV. * indica p = 0.05.
10

En la figura 3 se presentan graficados los datos de las diferencias encontradas en el
crecimiento de el largo de las plantas. Se observa que las plantas tratadas con 30 y 60
minutos de radiación presentaron menor crecimiento con respecto al testigo o control, sin
embargo las plantas tratadas con 90 minutos de radiación presentaron mayor crecimiento
que las de los tratamientos 2 y 3 y no presenta diferencias significativas con respecto al
testigo.
1.5
Diferencia del crecimiento
en el largo de la planta
% del
control
1.0
0.5
*
***
0.0
T1 (C) T2 (30') T3 (60') T4 (90')
Tiempo de exposición en minutos a Luz UV
Figura 3. Porcentaje de diferencia con respecto al control, en el crecimiento del largo de
las plantas expuestas a diferentes tiempos de radiación UV. * indica p = 0.05; *** indica
p = 0.001.
La figuras 4 muestra de manera general como crecieron las plantas sometidas a diferentes
tratamientos con luz UV en cuanto a las medidas de largo, base y ancho de las plantas.
Curva de crecimiento de la planta
(Diferencias en relación al tiempo)
1.5
% del
control
1.0
0.5
Largo
Base
Ancho
0.0
T1(C) T2 (30') T3 (60') T4 (90')
Tiempo de exposición en minutos a la Luz UV
Figura 4. Porcentaje de crecimiento del largo, base y ancho de las plantas expuestas a
diferentes tiempos de radiación UV.
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DISCUSION:
Las gráficas que muestran los resultados obtenidos proporcionan información que permite
fundamentar la hipótesis planteada acerca de que la radiación UV produce algún efecto
dañino en las plantas y detiene su crecimiento.
Como se puede observar en la figura 1, el ancho de las plantas que fueron tratadas con luz
UV es menor que el de las cactáceas que no fueron radiadas, lo que nos permite afirmar que
al menos en el ancho de los tallos de las plantas, si se observo el efecto de detención del
crecimiento como resultado de la radiación UV.
En la figura 2 se observa que las diferencias en el crecimiento de la base de las plantas son
significativas (p=0.001), sin embargo las plantas tratadas con luz ultravioleta presentan
mayor crecimiento que el testigo o control. En este caso interpretamos los resultados de dos
maneras:
1.- Es posible que la radiación UV este generando un daño en el tejido de la planta,
análogo a lo que sería un cáncer de piel en el humano; sin embargo sería conveniente
realizar cortes y observaciones al microscopio, del tejido en cuestión para confirmar esta
hipótesis. Lo anterior se realizaría con el fin de observar si las células de la base de la
planta se encuentran en mitosis en mayor proporción que las de otra región.
2.- Pensamos que tales resultados se pueden deber a que la luz UV fue aplicada de manera
vertical y tal vez no llegaron hasta la base de la planta, por lo cual, no se obtuvo el mismo
efecto que en regiones superiores del tallo. Para comprobar lo anterior, sugerimos realizar
otros experimentos en los que la radiación se aplique de manera lateral en las plantas y así
evaluar si sería correcta la explicación que proponemos.
Por último, los resultados obtenidos para el largo de las plantas nos muestran que hubo
menor crecimiento de las cactáceas tratadas con 30 y 60 minutos de radiación con respecto
al control, lo que también apoya la hipótesis de que la radiación UV detiene el crecimiento
de las plantas, sin embargo las tratadas con 90 minutos de radiación parecen haber crecido
más que las correspondientes a los tratamientos 2 y 3 esto se puede deber a una diferencia
en la toma de medidas, ya que dichas diferencias observadas no son significativas con
respecto al testigo o control.
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CONCLUSIONES:
o Al comparar las plantas del género Mammilaria expuestas a la luz ultravioleta
con las plantas testigo se observó que si se vieron afectadas en su crecimiento.
o La disminución observada en el crecimiento, es evidente en los parámetros de
largo y ancho de las plantas medidas.
o Sugerimos realizar otros experimentos en los que la radiación se aplique de
manera lateral a las plantas y observar si hay un efecto debido a la dirección en
que se proporciona la radiación.
o Finalmente se propone realizar cortes de los tejidos de las plantas radiadas y
observarlos al microscopio para determinar si hubo algún daño observable a
nivel celular.
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BIBLIOGRAFIA Y CIBERGRAFÍA:
1.- Chao Lincoln L. 1993. Introducción a la estadística. Compañía Editorial Continental.
México. 536 pp.
2. -Las cactáceas. http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/act_
permanentes/conciencia/biología/acertijos _ biológicos/ acertijos01-02/res8.htm
3.- Pablo Mayen. Las Cactáceas de México http://espanol.geocities.com/pmayen/. 20 de
Febrero del 2004
4. - Primer on Environmental Citizenship, Canada. El ABC de los rayos UV
http://www.tierramerica.org/capadeozono/losabia.shtml
5.- SIMAT. Índice de Radiación Ultravioleta
http://www.sma.df.gob.mx/simat/pnradiacion.htm.
6.- Wikipedia. Radiación ultravioleta
http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_ultravioleta. 25 mar 2007
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